INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM ATMOSFERAS EXPLOSIVAS
Vitor Sued Mantecon
Resumo
Este trabalho apresenta alguns aspectos que devem ser observados na instalação de
equipamentos elétricos em locais onde existe uma atmosfera explosiva. Uma noção de
classificação de áreas segundo as normas IEC, ABNT é apresentada, bem como os
requisitos necessários para utilização de equipamentos e acessórios nesses locais.
Introdução
A presença de equipamentos elétricos em áreas com atmosferas explosivas
constituem uma das principais fontes de ignição dessas atmosferas, quer pelo
centelhamento normal como na abertura e fechamento de contatos, como devido a
temperatura elevada atingida pelo mesmo em operação normal ou em falhas.
O presente trabalho apresenta uma visão resumida da classificação de áreas segundo
as normas IEC/ABNT, apresentando também, vários detalhes citados nas normas e que
devem ser observados quando da instalação de equipamentos elétricos, cabos e acessórios
em locais de atmosfera explosiva.
1. Classificação de Áreas
Áreas perigosas (Hazardous Areas) são locais onde existe ou pode existir uma
atmosfera potencialmente explosiva ou inflamável devido à presença de gases, vapor,
poeiras ou fibras.
Na Europa e atualmente no Brasil a classificação das áreas perigosas é feita usandose o conceito de:
ZONAS – usadas para definir a probabilidade da presença de materiais inflamáveis;
TIPOS DE PROTEÇÃO – que denota o nível de segurança para um dispositivo e;
GRUPOS – que caracterizam a natureza inflamável do material.
1.1 ZONAS
ABNT
ZONA 0
ZONA 1
ZONA 2
Descrição
Local onde a ocorrência de mistura inflamável/explosiva é contínua, ou existe
por longos períodos.
Local onde a ocorrência de mistura inflamável/explosiva é provável de
acontecer em condições normais de operação do equipamento de processo;
Local onde a ocorrência de mistura inflamável/explosiva é pouco provável de
acontecer e se acontecer é por curtos períodos, estando associado à operação
anormal do equipamento de processo.
1.2 TIPOS DE PROTEÇÃO
Tipo de proteção
Equipamento à Prova de Explosão
Equipamento Pressurizado
Equipamento Imerso em Óleo
Equipamento Imerso em Areia
Equipamento Imerso em Resina
Equipamento de Segurança Aumentada
Equipamento Não Acendível
Equipamento Hermético
Equipamento de Segurança Intrínseca
Equipamento Especial
Simbologia
Ex d
Ex p
Ex o
Ex q
Ex m
Ex e
Ex n
Ex h
Ex i
Ex s
1.3 GRUPOS
Grupos
Equipamentos
Para operação em mineração
GRUPO I subterrânea suscetíveis a exalação
de grisu
Substância
metano (grisu) e pó de carvão
Para operação em instalações de
GRUPO superfície onde pode existir perigo
IIA
devido ao grupo do propano.
Acetona, Acetaldeído, monóxido de
carbono, Álcool, Amônia, Benzeno,
Benzol, Butano, Gasolina, Hexano,
Metano, Nafta, Gás Natural, Propano,
vapores de vernizes.
Acroleína, óxido de Eteno, Butadieno,
óxido de Propileno, Ciclopropano, Éter
Etílico, Etileno, Sulfeto de Hidrogênio.
Acetileno, Hidrogênio e Dissulfeto de
Carbono.
Para operação em instalações de
GRUPO superfície onde pode existir perigo
IIB
devido ao grupo do etileno.
Para operação em instalações de
GRUPO superfície onde pode existir perigo
IIC
devido aos grupos do hidrogênio e
acetileno.
1.4 CLASSES DE TEMPERATURA
Para equipamentos elétricos do Grupo I, a temperatura máxima de superfície não
deve exceder:
• 150°C sobre qualquer superfície onde possa formar uma camada de pó de carvão;
• 450ºC quando o risco acima é evitado, por exemplo, através de vedação contra
poeira ou por ventilação.
As normas (NBR 9518) também classificam as temperaturas máximas de superfície
para equipamentos elétricos do Grupo II.
As CLASSES DE TEMPERATURA identificam a máxima temperatura de
superfície que uma parte qualquer de um equipamento pode atingir em operação normal ou
de sobrecarga prevista, considerando a temperatura ambiente máxima igual a 40°C, ou em
caso de defeito. Essas classes de temperatura devem ser menores que a temperatura de
ignição dos gases e vapores do meio circundante ao equipamento.
Classe de
temperatura
Temperatura
Máxima de
Superfície ( °C)
T1
T2
T3
T4
T5
T6
450
300
200
135
100
85
2. Descrição dos Tipos de Proteção.
2.1 À Prova de Explosão Ex d (“Explosion Proof” ou “Flame Proof”)
Invólucro à prova de explosão: é um sistema suficientemente resistente e vedado
para não propagar uma explosão, e cuja temperatura superficial não provoque a ignição de
uma atmosfera explosiva. Isto implica uma construção robusta, com tampas roscadas ou
parafusadas. Esses invólucros são construídos de forma a, ocorrendo a ignição de uma
mistura dentro dele, resistir mecanicamente à pressão, impedindo que a explosão se
propague para o meio externo.
A NBR 5363 especifica os interstícios máximos entre as peças dos invólucros
blindados (entre a tampa e a caixa, ou entre o eixo e o furo da tampa do invólucro de um
comutador, por exemplo). Tais interstícios auxiliam no alívio da pressão interna ao
invólucro, quando de uma explosão no interior deste. A largura e comprimento destes
interstícios (limitados aos valores normalizados) devem ser suficientes para que o gás se
resfrie antes de alcançar o ambiente externo.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.2 Segurança Aumentada (Ex e) (NBR 9883/87 e IEC 79-7)
Equipamento elétrico de segurança aumentada é aquele que “sob condições normais
de operação não produz arcos, faíscas ou aquecimento suficiente para causar ignição da
atmosfera explosiva para a qual foi projetado, e no qual são tomadas as medidas adicionais
durante a construção, de modo a evitar com maior segurança, que tais fenômenos ocorram
em condições de operação e de sobrecarga previstas”. Equipamentos típicos com segurança
aumentada são os motores de gaiola, transformadores de potência e de medição, luminárias
e caixas de distribuição e de ligação.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.3 Equipamento Elétrico Imerso em Óleo - Ex o (NBR 8601 e IEC 60079-6)
O equipamento elétrico é imerso em óleo de tal modo que não inflame uma
atmosfera inflamável acima do líquido ou na parte externa do invólucro. Este tipo de
proteção é aplicável somente para equipamentos fixos.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.4 Equipamentos Pressurizados – Ex p
Neste tipo de proteção uma pressão positiva superior à pressão atmosférica, é
mantida no interior do invólucro de modo a evitar a penetração de uma atmosfera explosiva
que venha a existir ao redor do equipamento.
São definidos três tipos de pressurização que reduz a classificação no interior do
invólucro pressurizado de:
• px – Zona 1 para não classificada ou Grupo I para não classificada;
• py – Zona 1 para Zona 2;
• pz – Zona 2 para não classificada.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.5 Equipamentos Imersos em Areia – Ex q
Neste tipo de proteção as partes que podem inflamar uma atmosfera explosiva são
imersas por uma material de enchimento de modo a evitar a ignição de uma atmosfera
explosiva externa. Este tipo de proteção só se aplica a equipamentos com corrente nominal
menor ou igual a 16A; que consumam potência menor ou igual a 1000VA cuja tensão de
alimentação não seja superior a 1000V.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.6 Equipamento Elétrico Encapsulado – Ex m
As partes que podem causar ignição são encapsuladas por uma resina de modo a não
conseguir inflamar uma atmosfera explosiva externa.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
2.7 Equipamentos de Segurança Intrínseca – Ex i
São aqueles que em condições normais (isto é, abertura e fechamento do circuito)
ou anormais (curto circuito, falta à terra) não liberam energia suficiente para inflamar a
atmosfera explosiva.
Os equipamentos elétricos de segurança intrínseca são classificados em duas
categorias: “ia” – estes são projetados de tal forma que não são capazes de causar uma
ignição em operação normal e mesmo com aplicação de duas falhas evidentes mais as
falhas não evidentes; e “ib” – que são aqueles incapazes de causar uma ignição em
operação normal e com a aplicação de uma falha evidente mais a aplicação das falhas não
evidentes.
Aplicação: “ia” – Zona 0; e “ib” – Zonas 1 e 2.
Nota: falha evidente é aquela que está em conformidade com os requisitos (regras de
construção da norma IEC 60079-11) de construção básicos do tipo de proteção; e as falhas
não evidentes são aquelas não em conformidade com essas regras.
2.8 Equipamento Elétrico não Acendível – Ex n
Equipamentos que, em condições normais de operação e sob determinadas
condições anormais especificadas, não causam a ignição da atmosfera explosiva de gás
existente no ambiente.
Aplicação: Zona 2
2.9 Equipamento com proteção Especial
Não há uma definição neste tipo de proteção, que foi previsto para permitir o
desenvolvimento de novos tipos de proteção pelos fabricantes.
3. INSTALAÇÕES EM ÁREAS EXPLOSIVAS
A norma IEC 79-14 prevê três métodos de instalação a ser adotado: o de conexão por
eletrodutos (conexão direta) ao invólucro a prova de explosão; o sistema por cabos com
conexão indireta ao compartimento à prova de explosão; e o sistema por cabos com
conexão direta ao compartimento à prova de explosão.
3.1 Sistema por eletrodutos.
Esta normalização só admite fiação contida em eletrodutos rígidos metálicos roscados
(mais comum) ou na forma de cabos com isolação mineral (cabo do tipo MI).
Este método de instalação implica, naturalmente, o uso de equipamentos Ex-d, uma vez que
não teria sentido prático o emprego de segurança aumentada, por exemplo, em conjunto
com cablagem confinada em eletrodutos. Cada invólucro alojando um equipamento deve
ser estanque com relação ao eletroduto de conexão, e isto é conseguido com uso de
unidades seladoras.
Todas as conexões devem ter no mínimo cinco fios de rosca perfeitamente
encaixados.
3.2 Conexão direta de cabos.
Neste caso os cabos são introduzidos diretamente nos invólucros à prova de explosão
através de um prensa-cabos também à prova de explosão. Os cabos podem ser não armados
ou armados, sendo que os prensa-cabos são diferentes, com relação ao material de vedação,
para cada uma delas, bem como é também específica a capa externa do cabo.
Nota: deve-se ter cuidado na
seleção e instalação dos prensacabos, que devem se ajustar
adequadamente ao tipo e diâmetro
do cabo utilizado, uma vez que a
junta à prova de explosão é
formada pelo anel de vedação em
conjunto com a capa externa do
cabo.
3.3 Conexão indireta de cabos
Neste sistema os cabos são conectados indiretamente ao compartimento à prova de
explosão. Esse sistema baseia-se no emprego de equipamentos “Ex d e”, ou seja, que
combinam em sua concepção as técnicas de
proteção à prova de explosão e de segurança
aumentada. Assim, o invólucro que contém o
dispositivo de manobra é dividido em duas
partes: o compartimento à prova de explosão,
propriamente dito, e que contém apenas as
partes do aparelho passíveis de produzir
centelha, arco ou faísca (como a bobina e
contatos de um contator, por exemplo); e outro
compartimento, basicamente contendo a caixa
de ligação, do tipo segurança aumentada.
Os cabos, do tipo industrial comum, são
introduzidos através de prensa-cabos também
comuns, no compartimento de segurança
aumentada. Entre este compartimento e o à
prova de explosão, existem buchas passantes,
que já vêm moldadas de fábrica. Do lado Ex e,
os terminais das buchas obedecem às normas
específicas da técnica de segurança aumentada.
Assim, entre si os terminais devem obedecer às distâncias mínimas de isolação e
escoamento e devem ainda ser inafrouxáveis e não possuir cantos vivos, (conforme NBR
9883). O outro lado das buchas, já dentro do compartimento à prova de explosão, é
conectado ao dispositivo de manobra.
4. Instalações Elétricas em áreas classificadas.
As normas especificam os métodos de instalação dos diversos equipamentos
elétricos em cada área classificada. Assim temos a descrição dos métodos de instalação
para: transformadores, capacitores, medidores, instrumentos e relés, fiação, unidade
seladora e drenagem, chaves, disjuntores, fusíveis, motores, geradores, etc. Abordaremos
aqui apenas alguns aspectos da instalação relacionados com a utilização de unidades
seladoras e drenos, pois a descrição completa de todos os métodos de instalação de
equipamentos, encontra-se nas normas, e é muito extensa para ser apresenta neste trabalho.
4.1 Unidades seladoras e drenos
Em áreas perigosas, unidades seladoras são essenciais para impedir que a pressão de
uma explosão num invólucro a prova de explosão, se propague através dos eletrodutos que
se conectam a ele.
Nenhum sistema de eletrodutos é totalmente estanque à entrada de ar e umidade,
portanto, a condensação do vapor dentro dos eletrodutos pode deixar os condutores
completamente imersos, induzindo falhas na isolação e a ocorrência de curto circuitos. Por
isso algumas unidades seladoras vêm com um sistema de drenagem para retirar essa
umidade.
O tubo temporário de drenagem é
retirado logo que a massa seladora
começa a endurecer, e assim um
caminho de escoamento da água é
estabelecido.
A área da seção reta ocupada pelos
condutores numa unidade seladora
não pode exceder a 25% da área do
eletroduto rígido metálico de
mesmo tamanho nominal. Os
condutores, dentro da unidade
seladora, devem ficar, permanentemente, separados uns dos outros e também da parede interna da unidade seladora, de modo
que a massa seladora envolva cada um dos condutores.
A altura da massa seladora deve ser igual ou superior ao diâmetro nominal da
unidade seladora, mas nunca menor que 16 mm.
4.2 Regras para colocação de unidades seladoras em eletrodutos.
A) É necessária a
colocação de uma
unidade seladora em
TODOS os eletrodutos
que chegam a um
invólucro a prova de
explosão contendo
chaves desligadoras,
disjuntores, fusíveis,
relés, resistores, ou
outros dispositivos
produtores de arcos,
centelhas, ou altas temperaturas possível de causar uma ignição.
As unidades seladoras devem ser instaladas o mais próximo possível do invólucro
mas nunca além de 45cm do invólucro. Entre a unidade seladora e o invólucro à
prova de explosão é permitida a instalação de uniões, niples, reduções, joelhos,
conduletes tipo L, T, e X, desde que sejam à prova de explosão e que o tamanho
nominal dos conduletes não ultrapassem o tamanho nominal do respectivo
eletroduto.
B) Quando o invólucro contém
apenas terminais de ligação,
emendas e derivações,
unidades seladoras são
necessárias em todos os
eletrodutos de diâmetro
nominal igual ou maior que a
duas polegadas. A distância
máxima de 45cm também
deve ser observada.
C) Uma só
unidade
seladora é
suficiente entre
dois invólucros
à prova de
explosão, que
requeiram
unidades
seladoras, e estejam interligados através de niples ou por lance de eletrodutos de
comprimento não maior do que 90 cm. A unidade seladora não deve se situar a mais
do que 45cm de cada invólucro.
D) Uma unidade seladora é necessária, onde um
eletroduto deixa uma área classificada. Ela pode
ser instalada em qualquer um dos dois lados, a não
mais que 3m da fronteira. Exceto pela redução à
prova de explosão na unidade seladora, nenhum
outro acessório é permitido entre a unidade
seladora e a fronteira.
5.Conclusão
Os aspectos aqui mencionados mostram os cuidados que devem ser tomados na instalação
de equipamentos elétricos em áreas com atmosferas explosivas, pelo critério de utilização
de invólucros à prova de explosão. Vale dizer que a eficiência deste sistema depende em
muito do instalador e do eletricista de manutenção, dando margem a falhas, como por
exemplo, unidades seladoras sem massa seladora, parafusos frouxos ou faltantes, etc.
Além disso, o custo desses sistemas é bastante alto, e a idéia é utilizar equipamentos com
segurança aumentada “Ex e” ou Equipamentos de Segurança Intrínseca – “Ex i”, ou outros
tipos normalizados, que apresentam o mesmo grau de segurança com custo relativamente
mais baixo.
7. Bibliografia
NEC -National Electrical Code – Article 500 Hazardous (Classified Locations)
API – American Petroleum Institute – RP500 Recommended Practice for Classification
of Areas for Electrical Installations in Petroleum Refineries.
IEC – International Electrotechinical Commision – IEC 60079-10 – Electrical
Apparatus for Explosive Gas Atmosphere - Classification of Hazardous Areas
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 8370 Instalações e
Equipamentos para Atmosferas Explosivas
ABNT – NBR 5363 Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas – Invólucros à
prova de explosão – Tipo de proteção “d” - Especificação.
Dácio de Miranda Jordão – Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas,
Petroquímicas e de Petróleo Atmosferas Explosivas – 3a edição 2002 – Ed.Qualitymark.
Eletricidade Moderna – março 1991 – Atmosferas Explosivas 1
SOR, Inc. Useful Information – Hazardous Área Classification
Techniques of Electrical Construction and Design – Vol. 14: Industrial Electrical
Systems: Wiring Hazardous Areas – Mc Graw Hill – Electrical Construction and
Maintenance.